JPH111793A - リフロー半田めっき材およびその製造方法 - Google Patents
リフロー半田めっき材およびその製造方法Info
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Abstract
っき材を提供する。 【解決手段】 導電性基材上にSn−Bi系合金めっき
層が形成され、前記Sn−Bi系合金めっき層が、リフ
ロー処理されており、前記めっき層の表面の結晶粒界20
にBiリッチ相30が連続的に析出した組織からなる。 【効果】 Snリッチ相の結晶粒10の境界(粒界)20に
析出したBiリッチ相30により基材の構成元素の表面へ
の拡散が抑制され、半田付性に優れる。
Description
部や電気接続用コネクタなどに使用されるめっき部材に
関し、特に耐酸化性や半田付性を改善したリフロー半田
めっき材およびその製造方法に関する。
面にSnまたはSn合金をめっきした部材は導電性基材
が具備する導電性と機械的強度、SnまたはSn合金が
具備する耐食性と半田付性とがうまく組合わされた高性
能導体であって、端子、コネクタ、リード線などの電気
電子機器用部品や電線ケーブルなどに多用されている。
Pb系合金を電気めっきして形成されていた。また、一
般に、電気めっき材には、短絡事故の原因になるウイス
カー(針状単結晶)が発生し易いという問題があり、こ
の問題は、前記Sn−Pb系合金めっき材では光沢めっ
きまたはめっき層を溶融−凝固させるリフロー処理によ
り解決が図られてきた。近年開発された人体に有害なP
bを含まないSn−Bi系合金めっき材のウイスカー対
策については、光沢めっきによる方法は未解決であり、
リフロー処理法が特開平4−160196号に開示され
ているにすぎない。
フロー処理法では、基材成分がめっき層表面に拡散して
半田付性が低下したり、めっき層表面に流れ模様が形成
されて外観不良が起きたり、流れ模様の薄肉部分の半田
付性が低下したりする問題があった。このようなことか
ら、本発明者等は、Sn−Bi系合金めっき材の半田付
性の改善について鋭意研究を行い、リフロー処理を所定
温度に制御して行うことによりめっき層表面への基材の
拡散を防止し得ることを知見し、さらに研究を進めて本
発明を完成させるに至った。本発明は、人体に有害なP
bを含まず、半田付性および外観に優れるSn−Bi系
合金のリフロー半田めっき材およびその製造方法の提供
を目的とする。
導電性基材上にSn−Bi系合金めっき層が形成された
半田めっき材において、前記Sn−Bi系合金めっき層
がリフロー処理されており、前記めっき層の表面の結晶
粒界にBiリッチ相が連続的に析出した組織からなるこ
とを特徴とするリフロー半田めっき材である。
合金めっき層のBiの濃度が、めっき層の表面から内部
に向けて漸次減少していることを特徴とする請求項1記
載のリフロー半田めっき材である。
n−Bi系合金めっき層を電気めっきし、次いでこれを
前記Sn−Bi系合金の2相状態図の(L+β)形成温
度領域に加熱してリフロー処理することを特徴とする請
求項1、2のいずれかに記載のリフロー半田めっき材の
製造方法である。
材の表面組織は図1(ハ) に示すようにBiリッチ相など
が析出していない。これを従来法によりリフロー処理す
るとめっき層の表面は図1(ロ) に示すような、Snリッ
チ相からなる結晶粒内にBiリッチ相40がランダムに分
散した組織になる。このような組織では基材からのCu
などの粒界拡散が防止されないばかりか、めっき相の表
面に流れ模様が生じ、表面が平滑でなくなる。これはリ
フロー処理温度が高すぎるためである。本発明のリフロ
ー半田めっき材は、そのめっき層の表面が、図1(イ) に
示すようにSnリッチ相からなる結晶粒10の境界(結晶
粒界)20にBiリッチ相30が連続的に析出した組織から
なる。また表面が平滑で外観と半田付性に優れる。前記
結晶粒界に連続的に析出したBiリッチ相30は、導電性
基材のCuなどの成分が結晶粒界20を通って半田めっき
層の表面に拡散し酸化して半田付性を悪化させるのを防
止する。
層のBiの濃度が、めっき層の表面から内部に向けて漸
次減少していると、或いはリフロー半田めっき層の表面
近傍のBi濃度が前記めっき層全体のBi濃度より高い
と、半田めっき層への導電性基材成分(例えば、Cu)
の拡散がより良好に防止される。これはBiリッチ相が
結晶粒界に高密度に析出して基材の表面への拡散を効率
良く抑制するためである。
めっき材の製造方法である。この発明において、リフロ
ー処理温度を、図2に示すSn−Bi系合金の状態図の
(L+β)領域が形成される温度範囲に加熱して行う理
由は、前記温度範囲で加熱すると結晶粒界にBiリッチ
相が連続的に析出した組織が得られるためである。リフ
ロー処理温度が前記温度範囲を低温側に外れると半田め
っき層が溶融(リフロー)せず、リフロー処理温度が前
記温度範囲を高温側に外れるとBiリッチ相が結晶粒内
にランダムに分散し、また表面に流れ模様が生じ、表面
の平滑性が低下する。
定した炉内を高速で通過させて施しても、また低温に設
定した炉内を低速で通過させて施しても良いが、前者の
方がリフロー処理後の冷却が急速になされるため、表面
近傍のBi濃度が高濃度に分布し易い。まためっき層表
面に流れ模様が生じ難い。
る。 (実施例1)0.5mmφの黄銅線上にCuを1μm厚
さに下地めっきし、次いでSn−Bi系合金を電気めっ
きし、次いでこれを800℃に設定した炉内を通してリ
フロー半田めっき材を製造した。装置には、電解脱脂
槽、水洗槽、酸洗槽、水洗槽、下地Cuめっき槽、水洗
槽、半田(Cu−Bi系合金)めっき槽、水洗槽、熱風
乾燥器、リフロー炉(長さ1m)を順に配しためっき装
置を用いた。半田めっき層のBi濃度は種々に変化させ
た。黄銅線の走行速度は、半田めっき層が図2に示した
状態図の(L+β)形成温度領域を外れない範囲で種々
に変化させた。
田めっき層が図2に示した状態図のL領域に達する速さ
に設定した他は、実施例1と同じ方法によりリフロー半
田めっき材を製造した。
いて、めっき層厚さ、めっき層の合金成分の濃度分布、
酸化量、および半田付性を調べた。前記酸化量と半田付
性は加熱後および加湿後について調べた。前記加熱は温
度155℃で8時間保持の条件で、前記加湿は温度10
0℃、相対湿度100%で8時間保持の条件でそれぞれ
行った。まためっき層表面の流れ模様の有無を観察し
た。結果を表1および図3、4に示す。調査方法は下記
の通りである。 〔めっき層厚さ〕蛍光X線微小膜厚計により測定した。
試料長さ30cmあたり30箇所を測定した。表1には
平均値と変動(標準偏差)を示した。 〔めっき層の合金成分の濃度分布〕蛍光X線分析計によ
り測定した。試料長さ30cmあたり30箇所を測定し
た。表1にはめっき層全体の平均値とめっき層表面近傍
の平均値を示した。 〔濃度分布〕めっき層、下地層、および基材中のBi、
Sn、Cu、およびZnの厚さ方向の濃度分布をオージ
ェ電子分光計により測定した。 〔酸化量〕カソード還元法により測定した。電解液に
0.1NのKCl溶液を用い、電流密度0.1mA/c
m2 の条件で行った。 〔半田付性〕メニスコグラフ法により調査した。すなわ
ち、25%ロジン/メタノールフラックスを塗布した試
料を230℃に保持した共晶半田浴に10秒間浸漬(浸
漬速度2mm/秒、浸漬深さ2mm)し、濡れ時間(ゼ
ロクロスタイム)により評価した。なお、濡れ時間は短
い程半田付け性に優れることを示す。
〜6)はいずれも、めっき層の結晶粒界にBiリッチ相が
連続的に析出したため酸化量が少なく、また半田付性
(半田濡れ性)に優れた。まためっき層に流れ模様がな
く外観も良好であった。中でもリフロー処理速度が速く
リフロー処理後急速に冷却されたもの(No.2,3)は、図3
から明らかなように、Bi濃度の表面から内部への減少
が急激で、めっき層の表面近傍の所定厚さ内の結晶粒界
にBiリッチ相が非常に高濃度に析出したため、基材成
分の拡散が効率良く抑制され半田付性が特に向上した。
これに対し、比較例のNo.7,8は、リフロー処理速度が遅
いためリフロー処理温度が高くなりすぎて、めっき層表
面が結晶粒内にBiリッチ相がランダムに分散する組織
となり、Biリッチ相による基材成分の拡散防止効果が
得られず、まためっき層が溶融流動してめっき層に薄い
部分が生じ、この薄い部分にCuが大量に拡散して表面
が著しく酸化した。この酸化量の多いことが原因で半田
付性も低下した。まためっき層表面が流れ模様となり外
観不良となった。なお、比較例のNo.8のめっき層のBi
およびSnの濃度分布は、比較的冷却の速い最表面を除
き、厚さ方向にほぼ一定である。
ついて説明したが、本発明は、他の金属材料を用いて
も、また形状が棒、条、板材などであっても同様の効果
が得られる。
半田めっき材は、半田めっき層の結晶組織が基材の構成
元素の表面への拡散が生じ難い組織からなるので表面酸
化が抑制され、したがって半田付性に優れる。また本発
明のリフロー半田めっき材は、リフロー処理を適正な温
度条件で行うことにより容易に製造できる。依って、工
業上顕著な効果を奏する。
織図、 (ロ)は従来材のリフロー処理後の表面結晶組織
図、 (ハ)はめっき上がり(リフロー処理前)材の表面結
晶組織図である。
面から内部へのSn、Bi、Cu、Znの各元素の濃度
分布図である。
から内部へのSn、Bi、Cu、Znの各元素の濃度分
布図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 導電性基材上にSn−Bi系合金めっき
層が形成された半田めっき材において、前記Sn−Bi
系合金めっき層がリフロー処理されており、前記めっき
層の表面の結晶粒界にBiリッチ相が連続的に析出した
組織からなることを特徴とするリフロー半田めっき材。 - 【請求項2】 前記Sn−Bi系合金めっき層のBiの
濃度が、めっき層の表面から内部に向けて漸次減少して
いることを特徴とする請求項1記載のリフロー半田めっ
き材。 - 【請求項3】 導電性基材上にSn−Bi系合金めっき
層を電気めっきし、次いでこれを前記Sn−Bi系合金
の2相状態図の(L+β)形成温度領域に加熱してリフ
ロー処理することを特徴とする請求項1、2のいずれか
に記載のリフロー半田めっき材の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02837397A JP3243195B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | リフロー半田めっき材およびその製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH111793A true JPH111793A (ja) | 1999-01-06 |
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JP02837397A Expired - Lifetime JP3243195B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | リフロー半田めっき材およびその製造方法 |
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- 1997-01-28 JP JP02837397A patent/JP3243195B2/ja not_active Expired - Lifetime
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